フォトセンサ

【目的】光電変換部をフォトトランジスタによって構成することにより、小電力で簡素、かつ小規模なフォトセンサを提供する。
【構成】受光部のＮ層２４に光が照射されると、微弱なベース電流（Ｉ）がベースのＮ層２２から分離層のＰ層２５へ流れ、それに応じてベース電流（Ｉ）のＨＦＥ倍のコレクタ電流（Ｉ×ＨＦＥ）が、エミッタのＰ層２３からコレクタのＰ層２１へ流れる。このコレクタ電流を利用することにより、別途、増幅回路を設けることなくフォトセンサ回路を作動させることができる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換部を有する半導体集積回路を備えたフォトセンサに係り、特に、発生電流を増大化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光電変換を利用したフォトセンサには、フォトダイオードによって光を受けて微弱電流を生成し、その微弱電流を増幅させて光を検知するものがある。そのフォトダイオードは、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すようにベースとしてのＰ型半導体３１と受光部であるＮ型半導体３２とを接合して、周知であるＰＮ接合構造を形成し、Ｎ型半導体３２に光が照射されると、Ｎ型半導体３２からＰ型半導体３１へと電流（Ｉ）が流れるように構成されている。そして、この電流（Ｉ）を増幅することにより、回路を作動させて入光／遮光を検知する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のフォトセンサにあっては、フォトダイオードにおいて生成される電流が極めて微弱であるため、各種回路を動作させるためには、数十〜数百倍に増幅しなければならない。また、ある程度の大きさの電流を得るためには、フォトダイオードの面積を大きくしなければならず、回路の小規模化の妨げになっていた。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、フォトセンサにおける光電変換部をフォトトランジスタによって構成することにより、電流を増幅する必要がなく、しかも、規模の小さいフォトセンサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光を受けて電流を生成する光電変換部を有する半導体集積回路を備え、前記光電変換部をＰＮＰトランジスタ構造としたフォトセンサである。
【０００６】また、請求項２記載の発明は、光電変換部を縦型ＰＮＰトランジスタ構造とした請求項１記載のフォトセンサである。
【０００７】さらに、請求項３記載の発明は、光電変換部を横型ＰＮＰトランジスタ構造とした請求項１記載のフォトセンサである。
【０００８】
【作用】請求項１記載の構成により、光電変換部のＮ層に光が照射されると、ベース電流に相当する微小電流がＮ層からＰ層へ流れる。そして、この微小電流のＨＦＥ倍のコレクタ電流が、エミッタを構成するＰ層からコレクタを構成するＰ層へ流れ、このコレクタ電流を利用することにより、増幅することなく回路を作動させることができる。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、光電変換部を縦型ＰＮＰトランジスタ構造としたので、最下層に設けられたＰ層がコレクタを構成すると共に、分離層としても作用する。そして、ベース電流に相当する微弱電流がＮ層からＰ層へ流れ、この微弱電流のＨＦＥ倍のコレクタ電流が、エミッタを構成するＰ層からコレクタ及び分離層を構成するＰ層へ流れる。このコレクタ電流を利用することにより、増幅することなく回路を作動させることができる。
【００１０】さらに、請求項３記載の発明は、光電変換部を横型ＰＮＰトランジスタ構造としたので、光電変換部のＮ層に光が照射されると、ベース電流に相当する微小電流がＮ層から分離層を構成するＰ層へ流れる。そして、この微小電流のＨＦＥ倍のコレクタ電流が、エミッタを構成するＰ層からコレクタを構成するＰ層へ流れ、このコレクタ電流を利用することにより、増幅することなく回路を作動させることができる。
【００１１】
【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明のフォトセンサにおいて光電変換部として用いられるトランジスタの記号を示す。図２は、縦型ＰＮＰトランジスタの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。これらの図において、コレクタとしてのＰ層（Ｐ型半導体）１１、ベースとしてのＮ層（Ｎ型半導体）１２、及び、そのベースＮ層１２内に設けられたエミッタとしてのＰ層１３と受光部であるＮ層１４により、縦型のＰＮＰトランジスタが構成されている。コレクタのＰ層１１は、分離層としても機能する。この構成により、受光部のＮ層１４に光が照射されると、ベースのＮ層１２からコレクタのＰ層１１へ微弱なベース電流（Ｉ）が流れ、これに応じてエミッタのＰ層１３からコレクタのＰ層１１へコレクタ電流（Ｉ×ＨＦＥ）が流れる。このコレクタ電流は、トランジスタの増幅作用によってベース電流（Ｉ）のＨＦＥ倍に増幅されて出力されるので、フォトセンサの回路を作動させるに充分な大きさの電流が得られる。図４に示した光電変換部にフォトダイオードを用いた従来のフォトセンサでは、得られる電流が微弱であるため、回路内で増幅する必要があるが本実施例ではその必要がない。
【００１２】次に、光電変換部に用いられる、横型ＰＮＰトランジスタの構成例を図３に示す。前記と同様、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。同図において、コレクタとしてのＰ層２１と、エミッタとしてのＰ層２３がベースとしてのＮ層２２内に配設されている。さらに、ベースのＮ層２２には、受光部であるＮ層２４が形成されている。また、ベースのＮ層２２の下には、Ｐ層からなる分離層２５が設けられている。この構成により、前記と同様に、受光部のＮ層２４に光が照射されると、ベースのＮ層２２から分離層のＰ層２５へ微弱なベース電流（Ｉ）が流れ、これに応じて、前記縦型の場合と同様に増幅されたコレクタ電流（Ｉ×ＨＦＥ）が、エミッタのＰ層２３からコレクタのＰ層２１へ流れる。このコレクタ電流を利用してフォトセンサを動作させる。なお、この構成の場合には、ベースのＮ層２２と分離層２５との間にＮ層からなる埋込層２６を設けてもよい。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光電変換部にＰＮＰトランジスタを用いて、光を検知することにより生成される電流を回路内で増幅することなく利用するように構成したので、チップの面積を大きくしたり、増幅回路を設ける必要がなく、小電力で簡素、かつ小規模なフォトセンサが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォトセンサに用いられるフォトトランジスタの記号を示す図である。
【図２】本発明の実施例による縦型ＰＮＰトランジスタの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施例による横型ＰＮＰトランジスタの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来のフォトセンサに用いられるフォトダイオードの構成を示し、（ａ）は記号図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１１コレクタとしてのＰ層
１２ベースとしてのＮ層
１３エミッタとしてのＰ層
２１コレクタとしてのＰ層
２２ベースとしてのＮ層
２３エミッタとしてのＰ層

【特許請求の範囲】
【請求項１】光を受けて電流を生成する光電変換部を有する半導体集積回路を備えたフォトセンサにおいて、前記光電変換部がＰＮＰトランジスタ構造であることを特徴とするフォトセンサ。
【請求項２】光電変換部が縦型ＰＮＰトランジスタ構造であることを特徴とする請求項１記載のフォトセンサ。
【請求項３】光電変換部が横型ＰＮＰトランジスタ構造であることを特徴とする請求項１記載のフォトセンサ。

【図１】